电容式冰层厚度探测器穿透冷冻世界的智能感知者
导语：电容式冰层厚度探测器是水文、地质、气象等多个领域研究的重要工具，它们包括水位测量法、机械式冰层厚度检测法、利用冰水导电率差异的冰层厚度测量法、电磁感应冰层厚度检测法和脉冲雷达检测法。电容式冰层厚传感器通过利用空气、冰和水介质之间的电容差异来进行检测。
引言：河流和湖泊中的河岸线面临严重威胁，全球气候变暖导致极地冰川融化，这些问题对人类生存环境构成巨大影响。通过监测南北极海洋中海域的变化，我们可以更好地理解全球气候变化的趋势。
空气与冷冻物体间的电子特性
物理学表明，电容值受介质常数εr及两极板间距d和面积s影响。当温度改变时，介质常数也会随之变化，从而导致电容值调整。此实验选取平行板型电容器，在11℃至-20℃范围内测试其在三种状态下的响应曲线。结果显示空气在0.2～0.4nF范围内波动，而水在21～34μF下逐渐减少，当接近零摄氏度时发生跳变，而结霜后的液态转为固态后，其值降至5～68nF单调减小。
冰层高度探测原理
基于上述实验结果，我们采用图示装置实现对河或海面的连续自动化探测。在测试过程中，将平行板型捕捉设备放置于待探测点，并将其垂直放置，使其两个端部分别被待探检材（空气/鱼类/下方）填充，每个端部与片选开关相连。单片机控制片选路以选择每个位置上的开关，并将不同高度处平行板类型捕捉到的数据转换为频率信息，以消除相对介质常数对数据产生影响的一个参考端部位于底部并连接到同一转换系统的一侧，其他端部则连接到另一个相同系统的一侧。由于薄膜及其下方所需频率之间存在显著差异，因此我们可得知两者是否同时处于同一环境中。如果不同时，则确定了薄膜边界，同时计算出薄膜下的液体深度。此外，由于空气介质常数基本保持不变，我们可以独立确定空气带来的频率范围，并使用该范围判断某个端部是否为空気。当两个连续端部分别位于薄膜及空氣环境时，则确定了薄膜顶界面。而根据上下界面，即可计算出薄膜高度。
4 实验结论：
我们使用一种特殊设计的平行板型传感器按照先前的逻辑执行了一次试验，如图所示，其中每个二维铜版长1厘米宽3厘米且有1毫米距离隔离。在固定框架两侧分布这两个二维铜版，其中一个是共振终止，另一个是触发末段并且与切换路由相互作用。一旦基于捕捉原理实施整个传感器，不需要直接接触目标材料即可工作。这使得整个传感器封闭密封，有助于确保精确性。在双向模拟操作中，对模拟高低边缘进行了分别测试。在第一阶段，即低边缘测试中，发现氷具有2.7兆赫兹频率，而水有35赫兹；第二阶段，即高边缘测试中，氷也有2.7兆赫兹，但此次观察到了4兆赫兹强烈信号来自於室温条件下的无形分子网络（如氮、二氧化碳）。